图1  三元层状Ti3AC2的晶体结构，Ti原子位置标记为TiⅠ和TiⅡ

在Ti3SiC2的结构中[5]，Ti与C之间为典型的强共价键结合；而Si原子层内部及Si原子与Ti之间为弱键结合，这种各层间弱键结合的特征类似于石墨层间的范德华力弱键结合，而正因为Ti3SiC2在结构上有上述的特点，使其兼具了金属和陶瓷的诸如导电、导热性以及高强度、可加工性等许多优异的性能。

1.3  Ti3SiC2试样的制备

Ti3SiC2最早是由H.Nowotny和W.Jeitschko在1967以TiH2、Si和石墨为原材料在2000℃的高温下通过化学反应而成[3]。截止到目前为止，制备合成Ti3SiC2的主要方法有化学气相沉积(CVD)[6]、热压烧结(HP) [7,8]、自蔓延高温合成(SHS) [2, 9,10]、热等静压法(HIP)[11-13]、放电等离子烧结(SPS)[14-16]及脉冲放电烧结(PDS)、电弧熔化法[17]、固液反应法(S-L)[18]等。

1.3.1  块体Ti3SiC2与粉末Ti3SiC2

当下，关于如何制备高纯度致密块体Ti3SiC2材料的文献报道已经有很多了。现在，最高纯度的Ti3SiC2已经能够达99%。而关于如何制备高纯度的Ti3SiC2粉末的报道则相对比较少。

关于如何制备高纯度致密块体Ti3SiC2材料，通常采用的方法有：冷压或冷等静压+固液相烧结、、脉冲放电烧结(PDS) 热压烧结(HP)、热等静压法(HIP)及放电等离子烧结(SPS)。

Ti3SiC2粉末的合成方法则主要包括有固液相反应法、真空或氩气无压烧结、自蔓延高温合成法、化学气相沉积等。

1.3.2  气相合成法

Hirai和Goto使用SiCl4、TiCl4、CCl4和H2作为原料通过化学气相沉积(CVD)法，在1573K、总气压为40kPa的条件下合成了少量Ti3SiC2。Racauh等也随之通过化学气相沉积法制成了Ti3SiC2。但是众多结论表明这种方法的实用性不强，因为很难制备出纯净Ti3SiC2。而其由于实验设备复杂，这种方法很难进一步在大范围内推广利用。

1.3.3  固相合成法

1.3.3.1 热压法

热压法(HP) 是现在制备Ti3SiC2材料最常用的方法之一。该方法可将压制和烧结这两道工序一起完成。它最主要的特点是让原料粉末在受热后处于塑性状态下时进行压制并烧结完成。

Barsoum等[2]以Ti、SiC和C为原料，在1600℃、40 MPa下热压烧结4h获得的Ti3SiC2块体材料的密度为4.5 g/cm3，其中SiC和TiCx的含量小于2vol%；另外，Radhakrishnan等和Zhou等用热压法也合成了高纯度、致密的Ti3SiC2。这种方法的优势在于工艺简单，产物的各项性能也比较高。

1.3.3.2 自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成(SHS)法，在其发展的早期也被叫做固态燃烧合成法。该方法是利用化学反应放出的热量把相邻的物料温度瞬间升高而引发出新的化学反应，在这个过程中形成的燃烧波蔓延通过整个反应物[19]，与此同时反应物转变为了产物，该方法的优点在于设备简单，需要的投资少，并且反应速度快(0.1～15cm/s)。

SHS作为一种新的技术为合成新型的陶瓷材料开辟了一条新的道路。Pampuch等以Ti、Si和C粉末为原料在Ar气氛中、1050～1200℃的温度下下成功地燃烧合成了Ti3SiC2块状样品。

该方法的优越之处在于合成过程中能带来高的化学活性，从而可以提高粉末原料的性能，所以可以在温度较低的情况下制备出密度较高的样品。但其缺点在于反应的[19]合成温度难以控制，因此反应程度也很难控制。因此制得的陶瓷的主晶相虽然为Ti3SiC2，但是同时也有TiC、SiC或Ti-Si-C系统中的其他一些化合物存在。

1.3.3.3 热等静压法

热等静压法使原料粉末同时承受高压、高温的一致作用，强化了压制和烧结过程，强有力地提高了材料的强度。和其他的制备方法相比，通过HIP法合成的样品的性能更好。